Chuyển đổi số trong đo lường (bài 1): Chuyển động tất yếu theo xu hướng thời đại

“Chuyển đổi số” là quá trình chuyển đổi các đại lượng analog thành các giá trị rời rạc để lưu trữ và xử lý điện tử. Tuy nhiên, khái niệm “Chuyển đổi số” được sử dụng nhiều hơn với sự “lên ngôi” của các công nghệ số. Sự “can thiệp” của dữ liệu và máy móc vào các quy trình sản xuất và kinh doanh ngày càng nhiều hơn thông qua các giao diện số. Dữ liệu được trao đổi, phân tích và hiển thị một cách linh hoạt, được thực hiện tự động giữa con người với máy móc. Điều này mở ra những năng lực giao tiếp mới, những lĩnh vực kinh doanh mới, qua đó hình thành những lĩnh vực nghiên cứu và công nghiệp mới. Theo một nghiên cứu, 65% doanh nghiệp của Đức nghĩ rằng số hóa sẽ thay đổi những mô hình kinh doanh hiện tại của họ.

Theo Nghiên cứu Atos “Hành trình 2020”, sự kết hợp của các cảm biến, thiết bị và đối tượng (thông qua IoT), cùng với những cách thức mới sẽ là điều kiện quan trong cho các hoạt động phân tích, thu giá trị từ dữ liệu. (Atos study “Journey 2020”)

Tuy nhiên, những thử thách mới cũng xuất hiện. Việc chuyển đổi các sáng kiến, tiêu chuẩn và cách thức tiếp cận hiện tại sang phương thức số để kết nối toàn cầu. Ví dụ, trong lĩnh vực đo lường, các nhà sản xuất cảm biến luôn nỗ lực để giúp nâng cao năng lực đo lường của mỗi thiết bị đo. Do đó, các cảm biến được phát triển nhanh chóng theo hướng ngày càng thông minh và có năng lực tích hợp dữ liệu. Điều này đặt ra một thách thức lớn về hoạt động liên kết trong hiệu chuẩn phương tiện đo. Hoạt động kiểm định, hiệu chuẩn sẽ không còn được quản lý như một phương pháp đo lường thuần túy.

Chuyển đổi kỹ thuật số là một hành trình, không phải là điểm đến 

Dung lượng dữ liệu nhờ việc số hóa được tăng theo cấp số nhân. Dữ liệu này có thể được khai thác bằng các công cụ toán học và thống kê phù hợp. Một trong những yêu cầu quan trọng của doanh nghiệp trong quá trình chuyển đổi số là trực quan hóa dữ liệu. Quá trình này có thể được thể hiện trong Bản sao số dựa trên dữ liệu cảm biến. Quá trình “bảo trì dự đoán” được thực hiện dựa trên phân tích thống kê số liệu với mức độ tin cậy cao của hệ thống. Quá trình “bảo trì dự đoán” có thể “chủ động” rút ngắn khoảng thời gian hoạt động và thời gian thiết bị ngừng hoạt động của máy móc, thiết bị.

Các phương pháp phân tích dữ liệu theo thời gian thực được thực hiện tự động và thông minh sẽ đóng góp quan trọng vào quá trình chuyển đổi số Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình phân tích dữ liệu lớn, tuy nhiên, lại có thể dẫn đến những khó khăn mới liên quan đến chất lượng dữ liệu của các kết quả đã đạt được. Trong một số trường hợp, việc xây dựng các quy trình mới dựa trên các cách tiếp cận mới cũng được thiết lập để phân tích dữ liệu khi dung lượng dữ liệu tăng lên nhanh chóng. Trong hoạt động đo lường, khó khăn này được thể hiện rõ hơn trong việc xác định độ không đảm bảo đo đối với các đại lượng đo. Do sự phân tán trong các hệ thống đo lường, sự kết nối với các nguồn dữ liệu khác nhau, phân tích dữ liệu trong đo lường đặt ra nhiều yêu cầu mới.

Theo Hội đồng Hạ tầng Thông tin Khoa học, “chất lượng dữ liệu” chỉ chất lượng và độ tin cậy của dữ liệu. Độ không bảo đảm đo của một phần dữ liệu có thể được định lượng một cách thích hợp.

Hơn nữa, mục tiêu bảo vệ tính toàn vẹn, tính bảo mật và tính sẵn sàng của dữ liệu ở các mức độ khác nhau có vai trò quan trọng. Phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của giải pháp số, yêu cầu bảo vệ dữ liệu sẽ khác nhau. Bên canh đó, tính toàn vẹn của dữ liệu trong các thiết bị hiệu chuẩn cũng được đặt ra nhằm chống lại sự “xâm nhập” trái phép vào thiết bị hiệu chuẩn. Mục tiêu bảo vệ dữ liệu có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong đo lường pháp định. Trong đo lường pháp định, đảm bảo tính vẹn toàn, bảo mật và tính sẵn sàng là điều kiện tiên quyết để các ứng dụng ICT được chấp nhận. Tuy nhiên, yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao lại làm các nhà sản xuất “bị hạn chế” các hoạt động đổi mới sáng tạo. Chính vì vậy, đối với chuyển đổi số trong đo lường, việc xây dựng các giải pháp, ứng dụng ICT phù hợp, hài hòa về mặt pháp lý cần được xem xét để bảo đảm quyền lợi và trách nhiệm của các nhà sản xuất, doanh nghiệp, người sử dụng và các tổ chức thanh tra, kiểm tra…

Theo nhu cầu của xã hội, các giải pháp số trong đo lường khoa học sẽ ngày càng được áp dụng trong đo lường pháp định (Ví dụ, điện toán đám mây, bảo trì từ xa…). Ngược lại, nhiều quy trình, quy định trong đo lường pháp định sẽ là nội dung quan trọng cho đo lường khoa học. Ví dụ, các thiết bị đo được áp dụng các biện pháp bảo mật cao “quá mức” sẽ khó “xuất hiện” trên thị trường; Điều tương tự này có thể được hình dung trong đo lường pháp định nơi mà các nhà sản xuất tự nguyện áp dụng nhiều các giải pháp số hiện đại. Hoạt động đánh giá sự phù hợp sẽ đòi hỏi các nguyên tắc chặt chẽ về trao đổi, xử lý dữ liệu, phương thức thanh tra, kiểm tra… Sự “tương tác” giữa đo lường khoa học và đo lường pháp định sẽ là nền tảng tạo điều kiện thuận lợi đối với chuyển đổi số trong đo lường.

Với vai trò của nước đi đầu trong việc tiếp cận cách mạng Công nghiệp 4.0, Bộ Kinh tế và Năng lượng Liên bang, Đức kỳ vọng cách mạng Công nghiệp 4.0 sẽ tạo ra giá trị gia tăng lên tới hơn 30 tỷ Euro mỗi năm. 80% doanh nghiệp ngành công nghiệp sẽ chuyển đổi số toàn bộ chuỗi giá trị vào năm 2020. Điều này ngụ ý rằng hiệu quả ban đầu của gói đầu tư 40 tỷ euro mỗi năm để nghiên cứu cách mạng Công nghiệp 4.0, được thực hiện bởi PWC (BMWi & BMAS “Arbeiten in der digitalen Welt” – “Working in the Digital World”).

Động lực chính của quá trình chuyển đổi số hiện nay là ngành công nghiệp. Điều này được phản ánh trong các sáng kiến cách mạng Công nghiệp 4.0, “IoT công nghiệp”, Hệ thống thực ảo (Cyber-Physical Systems, CPS) …

Trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí chính xác, một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Hiệp hội công nghiệp kỹ thuật cơ khí (Mechanical Engineering Industry Association, VDMA) đã chỉ ra rằng 25% các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực cơ khí chính xác đã và đang áp dụng các công nghệ số mới như dịch vụ điện toán đám mây. Các doanh nghiệp này tin rằng lợi ích từ công nghệ số mới sẽ dẫn đến nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp Đức. Thông số kỹ thuật về đo lường không còn chỉ “nằm trong” phép đo thuần túy, mà còn gắn với các giải pháp phần mềm và phương pháp phân tích dữ liệu. Do đó, việc kiểm soát và giám sát các doanh nghiệp sẽ được thực hiện thông qua dữ liệu của các ứng dụng, giải pháp số. Tuy nhiên, các dữ liệu này lại không được cung cấp bởi các nhà sản xuất thiết bị đo. Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất, các doanh nghiệp cần áp dụng các tiêu chuẩn chung phù hợp, thống nhất để thực hiện việc kết nối dữ liệu và hợp tác liên ngành. Trong xu hướng hiện nay, các doanh nghiệp hợp tác với các đối tác khác trong ngành để phát triển các thỏa thuận song phương thay vì dựa trên các tiêu chuẩn chung. Một trong những lý do là các doanh nghiệp cần phải triển khai nhanh chóng vì áp lực của thị trường quốc tế. Nghiên cứu của VDMA thực hiện cho thấy các doanh nghiệp không chờ đợi các tiêu chuẩn, mà chủ động đưa ra các giải pháp “ứng phó” với quá trình chuyển đổi số. Do đó, trong thời gian tới, xây dựng và triển khai các dự án tiêu chuẩn hóa là rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất và nhu cầu của xã hội.

Trong lĩnh vực quang tử (Photonics), quang tử là một công nghệ quan trọng được phát triển sớm ở những nơi sáng tạo như Đức và Châu Âu. Ngay từ năm 2011, quang tử đã đóng góp đáng kể 66 tỷ euro kim ngạch sản xuất vào sản lượng kinh tế của EU. Sự chuyển đổi của các hệ thống quang tử (micro) tích hợp và kết nối với các công cụ xử lý ảnh số sẽ làm cho công nghệ quang tử trở thành một công nghệ chiến lược trong thị trường. Phạm vi của công nghệ quang tử này bao gồm điều khiển (Ví dụ, điều khiển cử chỉ, màn hình…) đến thu thập dữ liệu (cảm biến) và xử lý dữ liệu (hình ảnh kết hợp) cho đến sản xuất (in 3D/sản xuất bồi đắp (AM), đo lường chất lượng trực tuyến, xử lý laser)… Do đó, công nghệ quang tử hoạt động như “người điều khiển” để chuyển đổi số. Các thí nghiệm và mô phỏng ảo là một công cụ cơ bản để lập kế hoạch, tối ưu hóa và phân tích trong lĩnh vực công nghệ quang tử.

Lĩnh vực y tế cũng chịu ảnh hưởng lớn từ những bước phát triển mang tính đột phá của quá trình chuyển đổi số. Trong công nghệ sinh học, các sáng kiến số hóa sáng tạo (Innovative Digitalization) đã tạo ra các nguồn nguyên liệu và các chất xúc tác trong các quy trình sản xuất mới. Các sáng kiến này được thực hiên trong các dự án hợp tác xuyên ngành (Cross-Sectoral) và liên ngành (Inter-Disciplinary) đối với từng lĩnh vực cụ thể. Ví dụ, Mạng lưới xuyên ngành trong Kinh tế sinh học (Cross-Sectoral Networks in Bio- Economics) với các mục tiêu và hạ tầng ICT chung nhằm mục đích phát triển các nền tảng sáng tạo về sử dụng tài nguyên và năng lượng hiệu quả, cũng như xây dựng và phát triển các sản phẩm, quy trình sinh học mới…

Hà Minh Hiệp, Đoàn Anh Vũ, Trịnh Phương Linh, Hoàng Ngọc Minh, Nguyễn Thị Ngọc Minh, Doãn Trung